14. Чугун и сталь: сырье, получение, свойства, применение.

В практике строительства наибольшее применение нашли железоуглеродистые сплавы, которые называют черными металлами. С целью придания специфических свойств в их состав вводят легирующие добавки. В зависимости от содержания углерода черные металлы подразделяют на хрупкий чугун (2 – 4 % С) и относительно пластичную сталь (до 2 % С). В металлургии из железных руд вначале получают чугун, а затем путем окисления и удаления избыточного углерода, марганца, фосфора, кремния – сталь.

Сырьем для получения чугуна служат руды, содержащие железо в виде окислов: красный железняк (гематит), бурый железняк, магнитный железняк (магнетит).

В состав чугунов, кроме железа и углерода, обычно входят примеси кремния, марганца, фосфора, а также легирующие добавки – никель, хром, магний, которые придают ему высокие механические свойства и обеспечивают износо-, жаро- и коррозионную стойкость. В зависимости от химического состава и микроструктуры выпускают белый, серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Большую часть выплавленного чугуна используют для переработки (передела) в сталь – белый передельный чугун. Для изготовления фасонного литья применяют серый литейный чугун.

Белый чугун (передельный) тверд, хрупок, плохо обрабатывается резанием. Высокая твердость белого чугуна обеспечивает высокую износостойкость, его применяют для получения ковкого чугуна и стали.

Серый чугун – один из наиболее распространенных литейных сплавов. Это самый дешевый металлический материал. Он имеет высокие литейные свойства, хорошую обрабатываемость резанием.

В строительстве серый чугун применяют для изготовления деталей, работающих при сжатии, – башмаков под колонны, а также санитарно-технических (отопительные радиаторы, трубы) и архитектурно-художест-венных изделий (ограды, решетки, светильники). Значительное количество чугуна расходуют для изготовления тюбингов, из которых сооружают тоннели метрополитена. Высокопрочный и ковкий чугуны используют в машиностроении.

Сырье для стали- чугун. Суть получения заключается в том,ч то из железоуглеродистого сплава путем окисления и перевода в шлак удаляют избыток углерода, марганца, кремния, фосфора Свойства стали: пластичность, хорошая прочность на сжатие и изгиб, коррозия(химическая и электрохимическая).

15. Воздушные минеральные вяжущие: разновидности, свойства, применение.

Воздушные вяжущие характеризуются сравнительно высокой растворимостью как исходных веществ, так и соединений, которые образуются в результате реакции гидратации. Поэтому изделия из этих вяжущих при контакте с водой теряют свою прочность, а при действии проточной воды размываются.Следовательно их можно использовать только для производства изделий, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях внутри помещения.

Гипсовыми вяжущими веществами называют тонкомолотые материалы, состоящие из полуводного гипса или ангидрита. В качестве сырья используют природный каменный материал – гипс.. Кроме этого в качестве дополнительного источника дешевого сырья служат такие отходы химической промышленности, как фосфогипс, борогипс. Получение гипсовых вяжущих основано на способности сырья – двуводного гипса в процессе нагревания частично или полностью отдавать кристаллизационную воду (дегидратировать).

Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является способность гипсового теста при твердении расширяться до 1 %. Так как увеличение объема происходит еще в незатвердевшей массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это обеспечивает широкое применение гипса для отливки художественных изделий сложной конфигурации. Высокое содержание кристаллизационной воды позволило эффективно использовать гипсовые изделия и штукатурные растворы на его основе как огнезащитные средства. Большое значение, особенно в жилищном строительстве, имеет также способность гипсовых изделий при повышении влажности поглощать влагу, а при снижении отдавать в окружающую среду, регулируя тем самым микроклимат в помещении. Поэтому гипсовые крупноразмерные материалы в виде гипсокартонных или гипсоволокнистых листов широко используют в строительстве в качестве сухой штукатурки, которая крепится к стенам при помощи специальных мастик. Гипсокартонные листы представляют собой отделочный материал, изготовленный из строительного гипса, защищенного с двух сторон специальным картоном..

Строительной воздушной известью называют продукт разложения при температуре 900 – 1200 °С кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка, доломита ), содержащих не более 6 % глинистых и песчаных примесей. Основной объем извести получают по непрерывной технологии в шахтных печах во взвешенном «кипящем» слое, где мелкоизмельченное сырье и жидкое или газообразное топливо движутся противотоком, навстречу друг другу. Продуктом обжига является комовая негашеная известь – оксид кальция (СаО). Полученную комовую известь впоследствие мелят или гасят, добавляя воду, в специальных аппаратах. Процесс гашения – гидратация протекает с большим выделением тепла, поэтому негашеную известь называют известью-кипелкой.

В результате реакции СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + Q образуются мельчайшие, размером до 0,01 мм, кристаллы гидратной извести – пушонки Са(ОН)₂. Объем полученной извести увеличивается в 2 – 3 раза по сравнению с исходной. В строительстве используют как негашеную, так и гидратную известь в виде тонкодисперсного материала или известкового теста, полученного в результате гашения извести с большим расходом воды.

Воздушную известь используют для приготовления смешанных строительных растворов: известково-цементных, известково-глинистых, применяемых для каменной кладки и штукатурки, приготовления сухих строительных смесей, в качестве связующего вещества для малярных красочных составов и в производстве силикатных изделий. При обычных условиях химическое взаимодействие между песком и известью протекает медленно и не имеет практического значения. Автоклавная обработка в течение 12 часов, предусматривающая постепенное повышение температуры до 174,5 °С, давления до 0,9 МПа, создает условия для прохождения интенсивной реакции между компонентами с образованием кристаллических гидросиликатов кальция, придающих водостойкость и высокую прочность изделиям до 30 – 50 МПа. Таким образом получают силикатный кирпич, силикатные плотные и пористые бетоны. В качестве вяжущего для их изготовления используют тонкомолотую смесь, состоящую из извести и кварцевого песка (известково-кремнеземистое вяжущее). Вместо песка можно использовать золу, шлак и другие аналогичные минеральные отходы, содержащие кремнезем (SiO₂).

Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия или калия.

Технология получения этого вяжущего включает сплавление смеси кварцевого песка с карбонатом натрия (калия) или сульфатом натрия (калия) при 1300 – 1400 °С, охлаждение расплава и его растворение паром под давлением 0,6 – 0,8 МПа в автоклаве. Растворимое стекло затвердевает только на воздухе. Сущность процесса заключается в испарении воды, повышении концентрации свободного коллоидного кремнезема, его последующей коагуляции и уплотнения.

16. Гидравлические минеральные вяжущие: разновидности, свойства, применение.

Гидравлические вяжущие представляют собой тонкомолотые порошки, состоящие в основном из силикатов и алюминатов кальция, взаимодействующих с водой с образованием прочного водостойкого искусственного камня. Имеют сложный состав.

К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь, которая занимает промежуточное положение между воздушными и гидравлическими вяжущими, разновидности портландцемента и специальные виды цементов.

Гидравлической известью называют тонкомолотый продукт обжига мергелистых известняков, содержащих до 20 % глинистых примесей.

Гидравлическая известь медленносхватывающееся вяжущее. Равномерность изменения объема при твердении зависит от наличия грубоизмельченных зерен, свободного оксида кальция.

Этот вид вяжущего используют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных условиях, а также для получения низкомарочных легких и тяжелых бетонов.

Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера, продукта спекания смеси известняка и глины при температуре 1400 – 1500 ^оС, гипса и минеральных добавок.

В качестве сырья при производстве портландцемента используют чистые известняки и глину в соотношении 3:1, а также мергели с корректировкой состава до заданного.

Производство портландцемента состоит из следующих основных технологических процессов: добычи известняка, глины или мергеля; измельчения сырьевых материалов и приготовления из них однородной смеси заданного состава; обжига подготовленной массы до спекания с получением клинкера; охлаждения и помола клинкера с гипсом и минеральными добавками.

С целью придания бездобавочному портландцементу специальных свойств, расширяя тем самым его применение в строительстве, изменяют степень измельчения, корректируют используемое сырье, вводят специальные добавки. Наибольший объем производства приходится на портландцементы с активными минеральными добавками. К ним относятся: рядовой портландцемент, шлакопортландцемент (ШПЦ) и пуццолановый портландцемент (ППЦ). Все эти цементы получены тонким измельчением портландцементного клинкера, состоящего из высокоосновных силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция, гипса и гидравлических минеральных добавок.